1

BIOMASA = biološka masa – OBNOVLJIVI IZVOR ENERGIJE

Biomasa je najstariji izvor energije koji je čovjek koristio i predstavlja skupni pojam za brojne, najrazličitije proizvode biljnog i životinjskog svijeta.» Biomasa je biorazgradivi dio proizvoda, otpada i ostataka proizvedenih u poljoprivredi (uključujući tvari biljnoga i životinjskogapodrijetla), u šumarstvu i srodnim industrijama, kao i biorazgradivi dio industrijskoga i komunalnoga otpada.«

Biomasa se može podijeliti na energetske biljke i ostatke ili otpad. Energetske biljke mogu biti brzorastuće drveće, višegodišnje trave ili alge, dok ostaci uključuju poljoprivredni, šumski i industrijski otpad koji se koristi za proizvodnju toplinske i električne energije te prerađuje u bioplin i tekuća biogoriva. Biorazgradiva frakcija komunalnog otpada, također se smatra biomasom.

Biomasa je obnovljivi izvor energije koji uključuje ogrjevno drvo, grane i drvni otpad iz šumarstva, te piljevinu, koru i drvni ostatak iz drvne industrije kao i slamu, kukuruzovinu, stabljike suncokreta, ostatke pri rezidbi vinove loze i maslina, koštice višanja i kore od jabuka iz poljoprivrede, životinjski izmet i ostaci iz stočarstva, komunalni i industrijski otpad.

2

Kako se iz biomase može dobiti energija?

Postoje razni načini da se iz biomase dobije energija. Biomasa je jedini obnovljivi izvor energije koji se neograničeno može koristiti za proizvodnju električne i toplinske energije te tekućih goriva za vozila.

1. Biomasa se može izravno pretvarati u energiju jednostavnim izgaranjem pri čemu se proizvodi pregrijana vodena para za grijanje u industriji i kućanstvima ili za dobivanje električne energije u malim termoelektranama.

2. Fermentacija biomase u alkohol zasad je najrazvijenija metoda kemijske konverzije biomase. Takav se postupak najopsežnije razvija u Brazilu, gdje se godišnje dobiva više od milijun tona etanola za pogon vozila, a očekuje se da će se ta proizvodnja i povećati. Uljna repica i neke druge uljarice daju biodizel koji se može izravno upotrebljavati u dizelskim motorima.

3. Anaerobnom fermentacijom može se iz biomase dobiti metan. Bioplin nastao fermentacijom bez prisutnosti kisika sadrži metan i ugljik pa se može upotrebljavati kao gorivo.

Biomasa iz drvne industrije

• Ostaci i otpad pri piljenju, brušenju, blanjanju,…• Gorivo u vlastitim kotlovnicama, sirovina za proizvode, brikete, pelete• Često otpad koji opterećuje poslovanje drvno-prerađivačke tvrtke• Jeftinije i kvalitetnije gorivo od šumske biomase

Biomasa iz poljoprivrede

• Slama, kukuruzovina, oklasak, stabljike, koštice, ljuske,…• Heterogena biomasa različitih svojstava• Niska ogrjevna vrijednost, visok udio vlage, različite primjese (klor!)• Prešanje, baliranje, peletiranje• Danska: instalirana snaga elektrana na ostatke žitarica 450 MW!

Životinjski ostaci

• Anaerobna fermentacija (izmet – sve vrste životinja + zelena masa)• Spaljivanje (stelja, lešine – peradarske farme)• Bioplin(60 % metana, 35 % CO2 te 5 % smjese vodika, dušika, amonijaka, sumporovodika, CO, kisika i vodene pare) - 26 MJ / Nm3

3

Energetski nasadi

• Kratka ophodnja – visoki prinosi• Vrbe i topole: 10-12 t suhe tvari godišnje• Eukaliptus: 35 t suhe tvari godišnje• Nasadi brzorastućih trava: 15-18 t suhe tvari godi tvari godišnje • Korištenje otpadnih voda, gnojiva i taloga (vegetacijski filtri) • Izbjegavanje viškova u poljoprivrednoj proizvodnji

Biomasa iz otpada

• Zelena frakcija kućnog / komunalnog otpada• Biomasa iz parkova i vrtova s urbanih površina• Mulj iz kolektora otpadnih voda

4

Biomasa je obnovljivi izvor energije, a općenito se može podijeliti na drvnu, nedrvnu i životinjski otpad, unutar čega se mogu razlikovati:

- drvna biomasa (ostaci iz šumarstva, otpadno drvo) - drvna uzgojena biomasa (brzorastuće drveće) - nedrvna uzgojena biomasa (brzorastuće alge i trave) - ostaci i otpaci iz poljoprivrede- životinjski otpad i ostaci.

Danas se primjena biomase za proizvodnju energije potiče uvažavajućinačelo održivog razvoja.

Poticaji upotrebi biomase kao goriva:

- energijska neovisnost i smanjenje uvoza- ruralni razvitak- zapošljavanje- niska emisija štetnih plinova, - očuvanje rezervi fosilnih goriva...

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

OHO

HO

H3CO

OH

OCH3

OCH3

O

O

O

OH

OCH3

OCH3

H3CO

OO

HO

H3CO

HO

OCH3

OCH3

OHO

HO

H3CO

OH

OCH3

OCH3O

O

OH

OCH3

OCH3

OCH3

OO

O

OH

HO

O

OO

O

OH

HO

OH

OH

OO

O

OH

HO

OH

OH

OO

O

OH

HO

OH

OH

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

O

OO

OH

OH

OH

HOHO

OHO

Lignin: 15-25 %- kompleksna aromatska struktura- vrlo visoki sadržaj energije

Celuloza: 38-50 %- polimer glukoze, vrlo dobra biokemijska sirovina

Kemiceluloza: 23-32 %- ugljkohidratni polimer od 5 i 6 C šećera

Kemijski sastav i strukturabiomase

5

Energetska vrijednost biomase

• Znatna nehomogenost• Čimbenici: udio vlage i sadržaj pepela• Drvo – 8,2 do 20 MJ/kg• Biljni ostaci – 5,8 do 16,7 MJ/kg• Biodizel –37,2 MJ/l• Etanol – 26,8 MJ/l

Prerada biomase

• Mala energetska vrijednost• Transport, skladištenje, rukovanje• Zgušnjavanje (briketiranje, peletiranje)• Anaerobna i alkoholna fermentacija• Uplinjavanje• Karbonizacija• Piroliza

Tehnologije za pretvorbu biomase u energiju

Primarne tehnologije:1. Termokemijske pretvorbe 2. Biokemijske pretvorbe

Sekundarne tehnologije:- parna i plinska turbina - motor s unutarnjim izgaranjem - Stirling motori - gorivni članci

• 1 l nafte = 42 MJ

Biomass Conversion Pathways

Thermal Biological Physical

Combustion Gasification Pyrolysis

Heat Fuel Gases (CO + H2)

Liquids

Pretreatment

Fermentation

Ethanol

Hydrolysis

(Heat & Pressure)

Liquids

No AirPartial airExcess airA/D

CH4

H2

6

Proces sagorijevanja

1) Zagrijavanje i sušenje2) Destilacija (isparavanje) hlapivih sastojaka – piroliza3) Izgaranje hlapivih sastojaka4) Izgaranje čvrstog ugljika

Principle of operation of steam-turbine powered plant

Combustion chamber/firebox (boiler)Steam turbineGeneratorCondenser – cooling towerEfficiency η of power plant = η boiler x η steam turbine x η generatorNote overall efficiency of power plant will depend on the otherefficiencies as well.

7

Overview of power generation systemsSchematic description of a thermal power plant

Sagorijevanje – goriva

Poljoprivredni ostaci - mala energetska gustoća - briketi, peletiSlama: veći udio Na, Cl, K (korozija); manja temperatura taljenja pepela (taloženje)

Gradski otpad - veliki investicijski troškovi (US$ 4000/kW); negativna percepcija javnosti

Primarni cilj nije proizvodnja energije nego zbrinjavanje otpada!

Uplinjavanje

Termokemijska pretvorba na visokoj temperaturi (i do 1400 oC) uz ograničen dovod kisika.Zašto rasplinjavanje? – veća energijska učinkovitost

8

Biomasa i okoliš

Biomasa i CO2

Biomasa / “CO2-neutralno gorivo”– fotosinteza!

9

Održivost korištenja

• Količina koja se koristi < prirast• Potreba vraćanja organske tvari u tlo za poljoprivrednu biomasu (koristi se do 30%)• Potreba vraćanja minerala u tlo za šumsku biomasu (sakupljanje bez iglica i lišća, rasipanje pepela)

• Planiranje: šumska gospodarska osnova (25 + 25 godina), ostali postupci

Biomasa i štetne tvari

- čestice- teški metali (Pb, Cd)- nemetanski hlapivi organski spojevi (NMVOC),…

10

Biomasa i zaštita voda

• Biološki filtri

• Biorazgradivost (95% u 28 dana)

• Korištenja biogoriva u vodopropusnim područjima (krš!), građevinarstvu, šumarstvu, posebno zaštićenim područjima

• “Čisti” pepeo

Biomasa i bioraznolikost

• Energetski nasadi i šume – stanište za ptice i male sisavce

• Izbjegavanje monokulturne poljoprivredne proizvodnje

• Smanjena uporaba herbicida, pesticida i umjetnih gnojiva

• Zadržavanje tla i sprečavanje erozije

Gospodarski aspekti

• Cijena biomase

• Investicijski troškovi u postrojenja i opremu

• Makroekonomska bilanca

• Socijalno-ekononomski aspekti

• Vanjski troškovi ili: Gdje povući granicu?

Cijena biomase

• Jeftino gorivo – niska ili zanemariva otkupna cijena

• Znatan utjecaj izvlačenja, prerade, transporta

• Cijena biomase za grijanje i proizvodnju električne energije konkurentna fosilnimgorivima

• Cijena etanola na granici konkurentnosti

• Cijena biodizela - dvostruko skuplji

11

Investicije u bioenergane

Struktura troškova bioenergane 5-50 MWt:

• Kotao s pratećom strojarskom opremom – 25 %

• Strojarska oprema kotlovnice – 30 %

• Mjerenje, regulacija i električne instalacije – 15 %

• Zgrada kotlovnice – 15 %

• Infrastruktura energane – 5 %

• Građevinski radovi – 10 %

Dry biomass yield of agricultural crops (tonnes/hectare)

Dunaliella salinas algaeBiomasa iz proizvodnje algi

12

13

DDT – Deep Dark Tanks

14

Tehnologije dobivanja biogorivaTehnologije dobivanja biogoriva

BIOMASA

Ekstrakcija

Plinofikacija

Hidroliza

Piroliza

Obradba vodikom (HTU)

Transesterifikacija

Fermentacija

Sintezni plin

Biodieselsko gorivo

Bioetanol (ETBE)

Bioplin

BTL (Biomasa)

Biometanol (MTBE/DME)

Vodik

Pirolitičko ulje

HTU-Diesel